Юный радиолюбитель [7-изд]

Беседа 24 НА СТРАЖЕ ОТЧИЗНЫ

В арсенале Вооруженных Сил имеются переносные, автомобильные, танковые, самолетные, корабельные и другие радиостанции. Разные по принадлежности к родам войск и работающие в разных диапазонах волн, все они призваны обеспечивать надежную связь войсковых частей в любых условиях мирной или боевой обстановки. Каждая радиостанция — это, образно выражаясь, оружие в руках радиста. Я же расскажу более подробно лишь о небольшом семействе переносных приемо-передающих УКВ радиостанций Р-105, Р-108 и Р-109, с которыми, возможно, тебе придется иметь дело.

Радиостанции Р-105, Р-108 и Р-109 можно назвать близнецами, потому что внешне и конструктивно они абсолютно одинаковы, идентичны и их принципиальные схемы. Разница только в диапазонах рабочих частот: радиостанция Р-105 перекрывает диапазон радиочастот от 36,0 до 46,1 МГц, Р-108 — от 28,0 до 36,5 МГц, Р-109 — от 21,5 до 28,5 МГц. Вместе они охватывают полосу радиочастот УКВ диапазона от 21,5 до 46,1 МГц, что соответствует радиоволнам длиной от 13,95 до 6,51 м. Они могут работать на ходу при переноске их радистами, в движущемся автомобиле и в стационарных условиях. Станции сохраняют работоспособность при температуре от 40° мороза до 50 °C тепла. Эти радиостанции, между прочим, широко используются и для соревнований радиолюбителей-спортсменов, в том числе и соревнований юных радиоспортсменов.

Как они устроены и работают?

Внешний вид радиостанции Р-105 показан на рис. 400.

Рис. 400. Радиостанция Р-105:

_{1 — ручка настройки антенны; 2 — шкала настройки приемопередатчика; 3 — антенна; 4 — ручка установки рабочей частоты; 5 — прибор проверки источников питании; 6 — выключатель питании, 7 — кнопка переключателя «Прием-передача»; 8 — аккумуляторная батарея; 9 — удлинительные колена штыревой антенны; 10 — зажим для подключения противовеса (заземления)}

Так выглядит все «семейство» УКВ радиостанций этого типа. Внутренняя часть корпуса, называемая ранцем, разделена глухой перегородкой на два отсека. В переднем отсеке находится сам приемопередатчик с вибрационным преобразователем низкого напряжения батареи питания в высокое, необходимое для питания анодно-экранных цепей радиоламп, а в заднем отсеке аккумуляторная батарея и вспомогательное оборудование. На верхней стенке ранца имеется ручка для переноса станции, а на боковой — петли для крепления заплечных ремней.

В рабочий комплект радиостанции входят также микротелефонная гарнитура — объединенные в одно целое микрофон и телефон с кнопочным переключателем «Прием-передача», называемым военными радистами тангентой, штыревая антенна, противовес - система проводников, выполняющих роль заземления, лучевая антенна и некоторое вспомогательное имущество. В зависимости от условий работы микротелефонная гарнитура может быть подключена к приемопередатчику через колодку на лицевой панели или колодку на верхней стенке ранца. На ходу, например, когда станция за плечами радиста, микротелефонную гарнитуру подключают к приемопередатчику через колодку на ранце.

Об устройстве и работе приемопередатчика этих станций я буду рассказывать по структурной схеме, изображенной на рис. 401.

Рис. 401. Структурная схема радиостанции Р-105

Приемопередатчик радиостанции построен по схеме трансивера (как трансивер начинающего коротковолновика, о котором я рассказал в предыдущей беседе). Это значит, что часть его каскадов и отдельных деталей, контуров используется как при передаче, так и во время приема. Переключение станции с передачи на прием и обратно осуществляется тангентой на микротелефонной гарнитуре. При этом электромагнитное реле (на рис. 401 не показано), управляемое контактами тангенты переключает цепи питания и элементы приемопередатчика соответственно видам работы станции.

На структурной схеме каскады и контуры, которые используются на обоих видах работы, обведены двойными линиями. Линиями со стрелками показаны связи между элементами приемопередатчика.

Передатчик каждой из описываемых здесь радиостанций трехкаскадный: каскад на лампе V2 — задающий генератор, или, как его еще называют, возбудитель, каскад на лампе V1 — усилитель мощности, каскад на лампе V3 — частотный модулятор. Задающий генератор, преобразующий энергию постоянного тока в электрические колебания рабочей частоты передатчика, при работе станции на прием выполняет роль гетеродина приемника. И еще одна особенность генератора передатчика — его лампа является одновременно возбудителем радиочастотных колебаний и предварительным усилителем этих колебаний.

В некоторых из предыдущих бесед я упоминал о частотной модуляции. Многие бытовые приемники имеют УКВ ЧМ диапазон для приема местных радиовещательных УКВ станций с частотной модуляцией. С частотной модуляцией работают передатчики звукового сопровождения телевещательных центров и, разумеется, звуковых каналов телевизоров. Так вот, в переносных военных УКВ радиостанциях осуществляется частотная модуляция — электрические колебания, поступающие в антенну, изменяются под воздействием колебаний звуковой частоты не по амплитуде, как на широковещательных станциях длинноволнового, средневолнового и коротковолнового диапазонах, а по частоте (рис. 402).

Рис. 402. Графики, иллюстрирующие принцип частотной модуляции: а — колебания звуковой частоты; б — частотно-модулированные колебания радиочастоты

Роль такого модулятора в передатчиках УКВ станций выполняет каскад на лампе V3, называемой в данном случае реактивной лампой. Напряжение звуковой частоты от микрофона (на рис. 402 — график а) через микрофонный трансформатор (он же выходной трансформатор приемника) подается на управляющую сетку реактивной лампы, которая изменяет свою емкость, входящую в контур задающего генератора, со звуковой частотой (на рис. 402 — график б). Частотно-модулированные колебания поступают в усилитель, а от него — через антенный контур в антенну. Антенна, следовательно, излучает частотно-модулированные электромагнитные колебания. Настройка антенны на наибольшую отдачу энергии осуществляется по стрелочному прибору на лицевой панели.

Приемник радиостанции - супергетеродин, с автоматической подстройкой частоты (АПЧ). Его первые два каскада на лампах V4 и V5 — усилители радиочастоты, причем второй из них, на лампе V5, является и усилителем сигналов звуковой частоты. Преобразователь частоты состоит из смесителя, на лампе V6 и отдельного гетеродина на лампе V2 (он же задающий генератор передатчика). Преобразованные колебания радиочастоты усиливаются трехкаскадным усилителем ПЧ, поступают в каскад ограничения напряжения сигнала на лампе V10, а от него — к частотному детектору на полупроводниковых диодах. После детектирования колебания звуковой частоты усиливаются лампой V5, через выходной трансформатор поступают к телефону В2 и преобразуются им в звуковые колебания.

Промежуточная частота приемника 1312,5 кГц. Когда радиостанцию переключают с передачи на прием, частота задающего генератора передатчика, работающего теперь как гетеродин приемника, увеличивается по всему перекрываемому диапазону волн точно на эту частоту.

Какова функция амплитудного ограничителя? Этот каскад, говоря упрощенно, срезает всплески частотно-модулированных колебаний, возникающие из-за различных помех и собственных шумов ламп приемника, ограничивая, таким образом, амплитуды колебаний. В результате на частотный детектор поступают колебания одинаковой амплитуды, но их частота изменяется с частотой модуляции передаваемого сигнала.

В приемнике предусмотрена система автоматической подстройки частоты. Ее образуют фильтр АПЧ и реактивная лампа V3, через которые частотный детектор соединяется с гетеродином преобразователя приемника. Если входной сигнал имеет некоторую расстройку по отношению к резонансной частоте детектора, то на выходе детектора, кроме сигнала звуковой частоты, возникает постоянное напряжение, значение и полярность которого зависят от высокочастотного сигнала на входе детектора. Это напряжение через реактивную лампу воздействует на частоту гетеродина, уменьшая, таким образом, расстройку приемника относительно частоты сигнала, на которую он настроен. При этом, правда, полоса частот пропускания приемника сужается, зато радист может вести бесподстроечную связь. Это очень удобно, особенно при работе на ходу: настроив приемопередатчик на заданную частоту, радисту уже не приходится во время связи его подстраивать.

Шкала настройки приемопередатчика общая для передатчика и приемника. Она проградуирована в фиксированных частотах, называемых также фиксированными волнами или, что тоже самое, каналами связи. Риски фиксированных частот нанесены на шкалу через каждые 50 кГц, а их порядковые номера — через 200 кГц, т. е. через каждые четыре фиксированные частоты.

На шкале радиостанции Р-109, например, обозначены 141 фиксированная частота. Если номер фиксированной частоты умножить на 100, то получим рабочую частоту, выраженную в килогерцах. Например, рабочей частоте 245 на шкале радиостанции соответствует частота 245х100 = 24500 кГц или 24,5 МГц.

Возрастание номеров фиксированных частот (волн) идет в направлении вращения ручки настройки по движению часовой стрелки. Шкала снабжена линзой, увеличивающей нанесенные на нее риски и цифры, что повышает точность настройки приемопередатчика на заданную частоту. А чтобы настройка не сбилась, радист с помощью ручки «Стопор» шкалы на лицевой панели фиксирует в этом положении механизм настройки приемопередатчика.

Что представляет собой кварцевый калибратор? Это генератор, частота колебаний которого стабилизирована кварцевым резонатором. Этот генератор — своеобразный эталон, по которому проверяют градуировку шкалы приемопередатчика.

Ты, конечно, понимаешь, какое значение имеет градуировка шкалы. Ведь от нее зависит точность настройки станции на заданную частоту, а значит, и обеспечение уверенной радиосвязи. Вот кварцевый калибратор и служит для того, чтобы радист мог проверить градуировку шкалы приемопередатчика и, если надо, произвести корректировку.

Конструкторы позаботились о том, как предельно упростить работу на радиостанции. Радист должен лишь подключить к приемопередатчику аккумуляторную батарею, антенну и микротелефонную гарнитуру, установить на шкале заданную рабочую частоту, настроить антенну и радиостанция готова к связи. А установив двустороннюю связь, радисту остается только нажимать и отпускать кнопку тангенты на микротелефонной гарнитуре, чтобы передавать и принимать нужные сообщения. Передача и прием ведутся на одной и той же частоте.

Тебя, конечно, интересует «дальнобойность» этих радиостанций. Сравнительно небольшая. Ведь это маломощные УКВ радиостанции: мощность их передатчиков всего 1 Вт. Дальность связи с однотипной радиостанцией зависит от применяемых антенн, рельефа местности и некоторых других условий. При работе с гибкой штыревой антенной высотой 1,5 м дальность связи достигает 6 км. Если использовать ту же штыревую антенну, но с помощью трубок-колен, входящих в рабочий комплект станции, увеличить ее высоту до 2,7 м, дальность связи возрастает до 8 км. При работе с лучевой антенной, подвешенной на высоте 1 м, устойчивая связь может быть осуществлена на расстоянии до 15 км, а с той же антенной, но поднятой на высоту 6 м — до 25 км.

К числу переносных относится также радиостанция Р-104, показанная на рис. 403.

Рис. 403. Радиостанция Р-104:

_{1 — шкала настройки приемопередатчика; 2 — лампа подсветки шкалы; 3 — ручка подстройки связи с антенной; 4 — штыревая антенна; 5 — табличка для записей; 6 — ручка настройки антенны; 7 — ручка установки рабочей частоты; 8 — переключатель рода работы; 9 — кнопка переключателя «Прием-передача»: 10 — колодка для включения лампы-подсветки; 11 — ручка регулятора громкости; 12 — кнопка контроля частоты приемопередатчика с помощью кварцевого генератора; 13 — ручка переключателя поддиапазонов; 14 — упаковка питания; 15 — телеграфный ключ}

Это коротковолновая радиостанция, рассчитанная на работу как в телефонном, так и в телеграфном режимах. Выходная мощность передатчика в телеграфном режиме достигает 3,5 Вт, а в телефонном 1 Вт. Дальность связи в зависимости от режима работы и используемой антенны без дополнительных усилительных устройств может быть до 50 км и больше.

Весь диапазон радиочастот, перекрываемый станцией Р-104, от 1500 (длина волны 200 м) до 4250 кГц (длина волны около 70 м), имеет 275 каналов связи — фиксированных рабочих частот, через каждые 10 кГц. Радиостанция обеспечивает вхождение в связь и ведение двусторонней связи без подстройки с использованием для передачи и приема одной и той же фиксированной частоты.

Радиостанция Р-104, как и радиостанции Р-105, Р-108 и Р-109, используется и в радиоспорте, например на соревнованиях по работе в радиосети (рис. 404), в качестве лисы.

Рис. 404. Радиостанция Р-104 в радиоспорте

Говоря о переносных военных радиостанциях, нельзя не вспомнить о ветеране Великой Отечественной войны радиостанции РБМ. В руках умелых радистов эти маломощные телефонно-телеграфные КВ радиостанции обеспечивали надежную и устойчивую связь в любых, самых сложных условиях боевой обстановки.

Сейчас в Вооруженные Силы пришла новая техника, а «старушки эр-бэ-эмки», как их любовно называют бывшие радисты-воины, переданы в распоряжение организаций ДОСААФ — для изучения их будущими воинами, для радиоспорта. Есть они и во внешкольных учреждениях, здесь вместе с другими ребятами ты можешь овладеть техникой ведения радиосвязи.

Прежде всего — о видах ведения радиосвязи. Различают два вида ведения двусторонней связи: дуплексную и симплексную. При дуплексной связи радисты могут работать на передачу и прием одновременно и независимо друг от друга.

Если принимающий что-то не понял, например из-за какой-то помехи, он, воспользовавшись кратковременной паузой, может перебить работу передающего, чтобы уточнить содержание сообщения. Для такого вида связи радисты должны располагать двумя приемопередающими станциями или раздельно передатчиком и приемником, работающими независимо один от другого. При симплексной связи радисты работают на передачу и прием поочередно: один передает, а другой в это время принимает, затем, наоборот, второй передает, а первый принимает. При таком виде связи перебой радиста, работающего на передачу, исключен. Все приемопередающие станции, построенные по трансиверной схеме, рассчитаны на ведение только симплексной связи.

Независимо от вида ведения связи существуют два основных способа организации двусторонних радиосвязей — по радионаправлению и в радиосети.

Схема связи по радионаправлению, т. е. в каком-то одном направлении, показана на рис. 405, а. В этом случае два радиста этого радионаправления работают только между собой. При таком способе связь может быть весьма устойчивой и к тому же дуплексной. Поскольку радистам сообщается направление линии связи, они могут применять антенны направленного действия, увеличивающие дальность и надежность связи.

Связь в радиосети — связь между тремя и более радистами (рис. 405, б). Для каждой радиостанции выделяется рабочая частота, обычно общая для всех станций данной радиосети, и запасная рабочая частота, на которую перестраивают станции в случае появления помех или неустойчивой связи на первой выделенной частоте. Среди них есть главная станция, которая устанавливает порядок работы в радиосети. Как правило, связь ведется поочередно между парой радиостанций, а другие станции сети в это время переключены на прием. Четкость, внимательность и дисциплина радистов — гарантия слаженной работы в радиосети. Иначе связь может быть нарушена из-за взаимных помех.

Рис. 405. Схема радиосвязи: а — по радионаправлению: б — в радиосети

Можно ли маломощными станциями создать линию связи, длина которой значительно превышает их «дальнобойность». Можно. Как? С помощью пункта ретрансляции (рис. 406) — промежуточного пункта, где ведется прием от одной станции, усиление и последующая передача сигналов к другой станции радиолинии связи, но уже на другой частоте. Для такого промежуточного пункта используются две радиостанции, соединенные между собой проводной линией связи, а при ретрансляции в дуплексном режиме — два приемника и два передатчика.

Рис. 406. Пункт ретрансляции

А если пункт ретрансляции разместить в вертолете? Протяженность линии связи между ее конечными радиостанциями может быть многократно увеличена.

Дальность, устойчивость и качество радиосвязи зависят от того, как размещены радиостанции и их антенны. В городах и других крупных населенных пунктах дальность радиосвязи, и особенно на УКВ, уменьшается по сравнению с радиосвязью между станциями в полевых условиях. А если радиостанция с антенной окажется в подвале, под мостом, в канализационном коридоре, то радиосвязь вообще может пропасть из-за поглощения электромагнитной энергии земляными укрытиями, железобетонными конструкциями. Вот почему опытный радист старается разместить свою УКВ станцию или ее антенну, соединенную с приемопередатчиком фидером, на возвышении, например на чердаке здания, на крыше, и возможно дальше от глухих стен и железобетонных перекрытий. Связь становится лучше! В лесисто-болотистой местности радисты развертывают свои станции на опушках леса, в мелколесье, на полянах, избегая влияния на распространение радиоволн влажных стволов деревьев. В таких условиях хорошо удлинить штыревую антенну и поднять ее выше деревьев.

В гористой местности УКВ радиостанции развертывают на возвышенностях (рис. 407), чтобы антенны станций «видели» друг друга. Однако если УКВ станции будут развернуты вблизи горы или за горой, закрывающей корреспондента, связь может быть нарушена.

Рис. 407. Развертывание УКВ радиостанции в гористой местности

Если радиосвязь устанавливают через замерзшее озеро, реку или другой водоем с пресной водой, УКВ радиостанции располагают не на льду водоема, а подальше от берега на возвышенности.

Что представляет собой лучевая антенна, обладающая направленностью излучения и приема радиоволн? Это провод длиной около 40 м, натянутый на изоляторах над землей, один конец которого подключен к приемопередатчику (рис. 408).

Рис. 408. Лучевая антенна

К другому концу провода через нагрузочный резистор сопротивлением около 400 Ом присоединяют противовес — несколько отрезков провода длиной, равной примерно четверти длины рабочей волны радиостанции. Провод такой антенны с помощью колышков, входящих в комплект радиостанции, подвешивают горизонтально над землей на высоте 1 м. При этом ось провода антенны должна совпадать с направлением на корреспондента и «смотреть» на него нагрузочным резистором с противовесом. В этом направлении антенна и излучает большую часть электромагнитной энергии и много лучше чем с других направлений принимает радиоволны. Такую антенну хорошо использовать, когда радисту приходится работать в блиндаже, подвале, окопе или другом укрытии. Точно так же можно вынести из укрытия и штыревую антенну, соединив ее с приемопередатчиком высокочастотным кабелем. Но по эффективности работы штыревая антенна уступает лучевой.

Для связи на большие расстояния в диапазоне УКВ может быть создана радиорелейная линия связи.

Этот способ дальней многоканальной дуплексной связи осуществляется с помощью радиорелейных станций (PPС — приемопередающих радиостанций, работающих в диапазоне УКВ. На радиорелейной линии связи радиочастотный сигнал передается от одного пункта связи к другому через ряд рентрансляционных пунктов, роль которых выполняют РРС. Схема такой линии связи показана на рис. 409.

Рис. 409. Схема радиорелейной линии связи

Пункты связи А и Б условно названы «Орел» и «Ястреб». Сигнал станции 1 «Орел» на частоте f₁ передается промежуточной станции 2, усиливается ею и ретранслируется на частоте f₃ к станции 3, которая на частоте f₅ излучает усиленный сигнал к станции 4 «Ястреб». Таким же образом, но в обратном порядке, передается сигнал от «Ястреба» к «Орлу» на частотах f₆, f₄ и f₂. Здесь станции 1 и 4 — конечные, а станции 2 и 3 — промежуточные. Поскольку сигналы от станции к станции передаются на разных частотах, взаимные помехи между станциями практически исключены.

Для повышения эффективности использования любых линий связи широко применяют метод уплотнения каналов, позволяющий по одной линии связи передавать одновременно несколько телефонных сообщений без взаимных помех. Этот метод применяют и в радиорелейной связи. Сущность такого уплотнения заключается в том, что на передающем конце линии связи разговорный спектр речи преобразуют в более высокие частоты, которые и передают по радиолинии. На приемном конце линии происходит обратное преобразование сигнала. Выделяя для каждого такого канала связи вполне определенные полосы на разных частотных участках, одновременно передают несколько сообщений по одной радиорелейной линии связи.

Радиорелейную связь применяют не только в военном деле. Ее широко используют в народном хозяйстве, например для многоканальной связи между станциями союзных республик и областными центрами страны, в телевидении.

Во время Великой Отечественной войны радиолокация помогала нашим воинам своевременно обнаруживать вражеские самолеты и корабли и наносить по ним сокрушающие удары. Сейчас она — верный страж границ нашей Родины.

Радиолокация является средством обнаружения и определения местоположения различных объектов в воздухе, на воде, на земле, в космосе при помощи радиоволн. Она основана на свойстве радиоволн отражаться от предметов, встречающихся на их пути. Это явление было открыто немецким ученым Г. Герцем. Отражение волн от больших объектов наблюдал изобретатель радио А. С. Попов еще в 1897 г. во время опытов по радиосвязи на Балтийском море. Однако бурное развитие радиолокации началось лишь в период Великой Отечественной войны.

В чем сущность радиолокации?

Ты, конечно, знаешь, что эхо — явление отражения звука. Его можно наблюдать в больших пустых аудиториях, в горах. Оно может быть использовано для определения расстояния до предмета, препятствия. Вот конкретный, близкий тебе пример. Ты отправился с товарищами в поход. На вашем пути оказалось ущелье, а за ним — почти отвесная скала. Можно ли, не сходя с места, определить расстояние до скалы? Можно! Для этого надо только иметь точный секундомер. Крикни громко и отрывисто. Через некоторое время ты услышишь отголосок созданного тобой звука. Это звуковое эхо. Короткая очередь звуковых волн долетела до скалы, отразилась от нее и вернулась к тебе. Допустим, что время, которое прошло с момента выкрика до момента прихода эха, оказалось равным 6 с. Звуковые волны распространяются в воздухе со скоростью 340 м/с. За 6 с они прошли путь от тебя до скалы и обратно. Длина этого пути 340х6 = 2040 м. Значит, расстояние до скалы 2040:2 = 1020 м.

Явление эха используется также для измерения глубин морей и океанов. Для этого существуют специальные аппараты — эхолоты. В днище корпуса судна укреплены излучатель мощных ультразвуковых волн, имеющий направленное действие, и устройство для приема этих волн после отражения их от морского дна (рис. 410).

Рис. 410. Измерение глубины моря с помощью эхолота

Излучатель включают на очень короткие промежутки времени. Возбужденный им импульс волн ультразвуковой частоты пронизывает толщу воды и, отразившись от дна, возвращается к приемному устройству. Скорость распространения ультразвуковых волн в воде известна: она равна 1450 м/с — почти в 5 раз больше, чем в воздухе. Если эту скорость, выраженную в метрах, умножить на время между моментами излучения и приема отраженного сигнала, а произведение разделить на 2, то результат и будет глубиной моря в метрах. Так, например, если эхолот зарегистрировал время прохождения сигнала 0,8 с, то глубина моря в этом месте равна 580 м.

В природе есть живые существа, которые при своем движении пользуются явлением отражения волн. Это, например, летучие мыши. Летучую мышь можно пустить в совершенно темную комнату с веревочной паутиной, и она, летая в комнате, ни разу не натолкнется на веревку. Природа наградила летучую мышь чувствительным органом приема ультразвуковых волн, излучателем которых является она сама. Если на пути полета мыши имеется какой-то предмет, то он отразит излучаемые ею волны, что явится для нее сигналом о препятствии — надо повернуть. Если чувствительный орган мыши не улавливает отраженные волны, значит, впереди препятствия нет — можно продолжать путь в том же направлении.

Радиоволны отражаются и рассеиваются различными предметами в разные стороны. Отраженные радиоволны — это радиоэхо. Они могут быть уловлены радиоприемником. Зная скорость распространения и время прохождения импульса радиоволн от его источника до отраженного предмета и обратно, нетрудно определить длину его пути. На этом и основана радиолокация.

Любая радиолокационная станция, называемая также радиолокатором, или сокращенно РЛС, содержит радиопередатчик, радиоприемник, антенну и индикаторы, позволяющие обнаруживать цели и определять их текущие координаты. Передатчик, работающий на постоянной частоте, излучает в пространство радиоволны. Если на их пути встречается какое-то препятствие, например самолет, оно отражает и рассеивает радиоволны во все стороны, в том числе и в сторону РЛС. Чувствительный приемник, настроенный на частоту передатчика, принимает отраженные волны, а включенный на его выходе индикатор дальности показывает расстояние до предмета.

Но мало знать, что отражающий радиоволны самолет находится на таком-то расстоянии. Надо знать еще и направление. Чтобы определить, в каком месте находится данный предмет, антенна РЛС должна посылать радиоволны не во все стороны, как радиовещательная станция, а направленным, сравнительно узким пучком, подобным световому лучу прожектора. В этом случае приемник радиолокатора зафиксирует сигналы, отраженные только тем самолетом, который находится в направлении излучения радиоволн.

Наилучшее отражение радиоволн происходит, когда их длина соизмерима с размерами предмета. Поэтому радиолокаторы работают на метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волнах, т. е. на частотах свыше 600 МГц. Энергию радиоволн таких длин, кроме того, легче концентрировать в узкий пучок, что имеет немаловажное значение для «дальнобойности» радиолокатора и точности определения места нахождения того или иного объекта.

Каким же образом радиолокатор обнаруживает объект, если он излучает энергию радиоволн узким направленным пучком? Антенна его передатчика может вращаться, а также изменять угол наклона, посылая волны в различных направлениях. Она же является и приемной антенной.

Наиболее простая антенна РЛС, работающая в метровом диапазоне, показана схематически на рис. 411, а. Принципиально она имеет такую же конструкцию, как многоэлементные телевизионные приемные антенны, только снабжена еще механизмом вращения и наклона. Длина вибратора равна приблизительно половине длины излучаемой волны. Ток высокой частоты подводится к активному вибратору. Такая антенна посыпает радиоволны довольно узким направленным пучком в сторону директоров. Она же и принимает отраженные сигналы, которые плут со стороны директоров.

Другая конструкция антенны наземной РЛС метрового диапазона показана на рис. 411, б. Она имеет большое число излучаемых вибраторов, расположенных в одной плоскости. Металлическая конструкция, на которой смонтированы вибраторы, выполняет роль рефлектора антенны. Чем короче радиоволна станции, тем меньше размеры излучаемого вибратора и рефлектора и общие размеры антенны. Так, например, рефлекторная антенна станции миллиметрового диапазона может иметь размеры, не превышающие размеров тарелки.

Рис. 411. Антенны направленного излучения и приема

Передатчики РЛС работают, как правило, в импульсном режиме; импульсами излучают радиоволны и их антенны. При импульсном режиме передатчик в течение очень короткого промежутка времени создает «очередь» радиоволн, после чего наступает сравнительно продолжительный перерыв пауза, в течение которой он «отдыхает». Во время перерыва происходит прием отраженных волн. Затем снова излучается такой же импульс, за ним опять следует пауза и т. д. При таком режиме антенна передатчика как бы «стреляет» в пространство короткими очередями радиоволн.

Допустим, что каждый импульс РЛС длится 10 мкс и за каждую секунду излучается 500 таких очередей радиоволн. Следовательно, паузы между импульсами равны 1990 мкс; т. е. почти в 200 раз продолжительнее, чем импульсы. Получается, что передатчик за сутки в общей сложности работает всего не больше нескольких минут. А мощность импульса достигает десятков, сотен и лаже тысяч киловатт. Она во много раз больше мощности, потребляемой радиолокатором от источника питания.

Объясняется это тем, что во время паузы в передатчике накапливается электрическая энергия, которая затем в течение очень короткого промежутка времени преобразуется в колебания радиочастоты и излучается антенной.

Расстояние до объекта определяют, как я уже говорил, временем между моментом посылки импульса и возвращением «радиоэха». Радиоволны распространяются со скоростью 300000 км/с (точнее, 299820 км/с). Это значит, что от самолета, находящегося, например, на расстоянии 150 км, радиоэхо вернется через 0,001 с, а при расстоянии до него 300 км через 0,002 с. Для измерения таких коротких промежутков времени не годятся лаже самые лучшие секундомеры, ибо неточность в отсчете времени даже 0,1 мс дает ошибку, равную десяткам километров.

В РЛС отсчет времени ведется при помощи электронного секундомера, роль которого обычно выполняет электронно-лучевая трубка. В простейшем виде она, подобно трубке осциллографа, представляет собой стеклянный баллон с электродами и сильным разрежением воздуха внутри (рис. 412, а). Экраном служит плоская широкая часть трубки, покрытая с внутренней стороны тонким слоем люминофора — полупрозрачного вещества, светящегося под ударами электронов. Катод электронно-лучевой трубки подобен подогревному катоду электронной лампы. Он окружен металлическим цилиндром с небольшим отверстием посередине, через которое вылетают излучаемые катодом электроны. Это управляющий электрод трубки.

Неподалеку от него расположен первый анод, имеющий форму полого цилиндра. На него относительно катода подается положительное напряжение, под действием которого электроны, излучаемые катодом, получают ускорение. За первым анодом находится второй. Это может быть полый цилиндр или токопроводящее покрытие, нанесенное на внутреннюю поверхность горловины трубки. На него подается еще более высокое положительное напряжение, чем на первый анод. Электроны, пролетая его, приобретают еще большую скорость движения к экрану. Напряжения на электродах трубки подбирают так, что между ними образуется электрическое поле, обладающее свойством собирать электроны, летящие к экрану, в узкий пучок — луч.

Рис. 412. Устройство и принцип действия электронно-лучевой трубки

Под действием ударов электронов люминофор светится — на экране появляется светящаяся точка (рис. 412, б). Она тем ярче, чем больше электронов в луче и чем больше их скорость. Управляющий электрод изменяет плотность электронного луча и, следовательно, яркость светящейся точки на экране.

Всю систему, состоящую из катода, управляющего электрода и анодов, называют электронным прожектором электронно-лучевой трубки.

Между анодами и экраном трубки размещены еще четыре пластины, носящие название отклоняющих. Они образуют два плоских конденсатора, электрические поля которых перпендикулярны друг другу. Подавая напряжение на пару вертикально расположенных пластин, электронный луч можно отклонить влево или вправо и таким образом перемещать светящуюся точку на экране по горизонтали. Это пластины горизонтального отклонения луча. Вторая пара пластин, расположенных горизонтально, образует конденсатор, позволяющий электронный луч и светящуюся точку на экране перемещать по вертикали. Это пластины вертикального отклонения луча.

Используя электронно-лучевую трубку в качестве электронного секундомера, на ее пластины горизонтального отклонения луча подают от специального генератора переменное напряжение пилообразной формы (рис. 412, в), называемое напряжением горизонтальной развертки U_г.p. От обычного синусоидального напряжения пилообразное отличается главным образом тем, что оно уменьшается значительно быстрее, чем возрастает, причем изменение напряжения происходит не по кривым, а по прямым линиям. При этом электронный луч чертит на экране трубки прямую горизонтальную светящуюся линию (рис. 212, г) — линию горизонтальной развертки. Она-то и выполняет роль шкалы такого прибора радиолокатора.

Если на пластины вертикального отклонения луча подать импульс отраженного сигнала, он вызовет на этой шкале отметку в виде всплеска.

На пластины горизонтального отклонения луча прибора подают пилообразное напряжение развертки той же частоты, с которой происходит излучение зондирующих пачек радиоволн, например 1000 Гц. При такой частоте электронный луч 1000 раз в 1 с прочеркивает экран, образуя на нем прямую светящуюся линию. Общая длина линии на экране при этом соответствует в масштабе отрезку времени длительностью 0,001 с, т. е. 1 мс. Она может быть отградуирована в километрах.

Луч на экране трубки начинает двигаться слева направо от нулевого деления шкалы в тот момент, когда происходит излучение импульса. Момент посылки импульса отмечается выбросом линии у нулевого деления шкалы трубки. Пластины вертикального отклонения луча трубки включены на выходе приемника. Если в приемник не поступают отраженные импульсы, то остальная часть линии развертки на экране трубки имеет вид прямой. Но как только начинают поступать отраженные импульсы, на светящейся линии получается второй выброс. Для случая, показанного на рис. 413, видно, что расстояние до объекта, отразившего радиоволны, 70 км.

Рис. 413. Выброс светящейся линии на экране электронно-лучевой трубки указывает расстояние до цели

Как операторы РЛС определяют текущие координаты обнаруженного объекта, например самолета? По его азимуту, т. е. по углу между направлением на север и направлением на самолет, и по углу места углу, образуемому горизонтальной линией и наклонной линией, направленной на самолет (рис. 414).

Рис. 414. Определение направления и высоты полета самолета

Эти данные фиксируют индикаторы по положению антенны. А когда известны азимут, угол места и наклонная дальность, то нетрудно рассчитать высоту полета и место, где в данный момент находится обнаруженный самолет. В РЛС все эти расчеты производятся, разумеется, автоматически. Очевидно, что если РЛС находится на земле или установлена на корабле и предназначена для наблюдения за наземными или плавающими по воде кораблями, нет необходимости измерять угол места.

Чтобы ты имел более полное представление о РЛС, разберем ее работу по упрощенной структурной схеме, изображенной на рис. 415. На ней показаны только основные устройства и их взаимосвязь.

Рис. 415. Структурная схема радиолокационной станции

Антенна, излучающая импульсы радиоволн и принимающая отраженные радиоволны, обладает острой направленностью. При помощи электродвигателей она, нащупывая цель, может вращаться вокруг своей оси и изменять угол наклона. С механизмом вращения и наклона антенны связаны приборы, показывающие азимут и угол места самолета, на который в данный момент она направлена. Генератор передатчика и приемник имеют с антенной не прямую связь, а через переключатель, роль которого выполняют электронные приборы. Во время посылки импульсов радиоволн антенна подключена к передатчику, а во время пауз - к приемнику.

Принятые отраженные сигналы после усиления и детектирования подаются на электронно-лучевую трубку указателя дальности. Горизонтальное движение луча этой трубки осуществляется пилообразным напряжением генератора развертки. Новым для тебя на этой схеме является хронизатор — устройство, согласующее работу генератора передатчика, антенного переключателя и генератора развертки трубки дальномера. Через строго определенные промежутки времени он вырабатывает пусковые импульсы, действующие на генераторы развертки электронно-лучевой трубки. Хронизатор обеспечивает слаженность работы всех приборов и устройств РЛС.

Современные РЛС имеют, как правило, не три, как на структурной схеме, а два основных электронных индикатора: индикатор кругового обзора и индикатор высоты цели. Электронно-лучевая трубка индикатора кругового обзора (рис. 416) имеет радиальную развертку, светящаяся линия которой перемещается по кругу синхронно с вращением антенны. На обрамление экрана трубки нанесены метки градусов азимутальной шкалы. На самом экране электронным методом создают концентрические масштабные отметки наклонной дальности (на рис. 416 — через 50 км).

Рис. 416. Индикатор кругового обзора

На экране такого индикатора фиксируются все объекты, находящиеся в зоне действия, видны их азимуты и наклоны дальности. Например, для случая, показанного на рис. 416, азимут объекта а 90°, наклонная дальность 150 км, а для объекта б соответственно 230 и 375 км.

Угол места определяют по индикатору высоты цели с помощью так называемого гониометра устройства, изменяющего диаграмму направленности антенны. Таким образом, эта два индикатора позволяют оперативно, за 10–15 с определять и следить за текущими координатами всех целей, находящихся в зоне обнаружения РЛС.

Ты вправе задать вопрос: а как же узнать, свой или чужой (самолет обнаружен? На самолетах устанавливают небольшие передатчики, которые автоматически включаются при облучении их радиоволнами запросчика своей РЛС и посылают ответные опознавательные сигналы. Ответные сигналы своего самолета видны на экране индикатора кругового обзора. Если ответных сигналов нет — значит, самолет чужой.

Достаточно полное представление о РЛС тебе даст рис. 417, на котором изображена развернутая подвижная наземная РЛС, рассчитанная главным образом на обнаружение и определение координат самолетов и крылатых ракет.

Рис. 417. Радиолокационная станция П-10:

_{1 — аппаратная машина; 2 — силовая машина; 3 — антенна РЛС; 4 — антенна запросчика}

Все оборудование и имущество станции размещено в кузовах двух автомобилей с повышенной проходимостью. В кузове одного автомобиля находятся агрегаты питания, а кузове второго — радиолокационная аппаратура. Неподалеку от них установлена антенна запросчика. При размещении такой станции на ровной площадке радиусом около 500 м дальность обнаружения самолетов-бомбардировщиков, летящих на высоте 10000 м, достигает 180–200 км.

Конструкция, габаритные размеры и «профессия» PЛC весьма разнообразны. Сейчас трудно назвать род Вооруженных Сил, где бы в той или иной степени не использовалась радиолокационная аппаратура. Без нее невозможно наиболее эффективно использовать быстрокрылые истребители-перехватчики, зенитно-ракетные установки, самолеты-ракетоносцы, корабли различного назначения и другую военную технику.

* * *